Piel artificial capaz de sentir "dolor" podría dar lugar a una nueva generación

Una piel electrónica que puede aprender a sentir "dolor" podría ayudar a crear una nueva generación de robots inteligentes con sensibilidades similares a las humanas.

Un equipo de ingenieros de la Universidad de Glasgow desarrolló la piel artificial utilizando un novedoso sistema de procesamiento basado en 'transistores sinápticos', que imita las vías neuronales del cerebro para aprender. Una mano robótica que utiliza la piel inteligente muestra una notable capacidad para aprender a responder a estímulos externos.

En un nuevo artículo publicado hoy en la revista Robótica Científicalos investigadores describen cómo construyeron su prototipo de piel electrónica computacional (e-skin) y cómo mejoran el estado del arte actual en robótica sensible al tacto.

Los científicos han estado trabajando durante décadas para construir una piel artificial que sea sensible al tacto. Un método común es esparcir una serie de sensores de contacto o presión a lo largo de la superficie de la piel electrónica para permitirle detectar cuándo hace contacto con un objeto.

Luego, los datos de los sensores se envían a una computadora para su procesamiento e interpretación. Los sensores suelen generar una gran cantidad de datos que pueden tardar en procesarse y responder correctamente, lo que provoca retrasos que podrían reducir la eficacia potencial de la piel en las tareas del mundo real.

La nueva forma de piel electrónica del equipo de Glasgow se inspira en cómo el sistema nervioso periférico humano interpreta las señales de la piel para eliminar la latencia y el consumo de energía.

Una vez que la piel humana recibe una información, el sistema nervioso periférico comienza a procesarla en el punto de contacto y la reduce a la información vital antes de enviarla al cerebro. Esta reducción en los datos sensoriales permite el uso eficiente de los canales de comunicación necesarios para enviar los datos al cerebro, que luego responde casi de inmediato para hacer que el cuerpo responda adecuadamente.

Para construir una piel electrónica capaz de una respuesta similar a una sinapsis computacionalmente eficiente, los investigadores imprimieron una cuadrícula de 168 transistores sinápticos de nanocables de óxido de zinc directamente en la superficie de una lámina de plástico flexible. Luego conectaron el transistor sináptico al sensor de piel ubicado sobre la palma de una mano robótica similar a la humana, completamente articulada.

Cuando se toca el sensor, registra un cambio en su resistencia eléctrica: un pequeño cambio corresponde a un toque ligero, un toque más fuerte produce un cambio mayor en la resistencia. Esta entrada está diseñada para imitar cómo funcionan las neuronas sensoriales en el cuerpo humano.

En generaciones anteriores de máscaras electrónicas, estos datos de entrada se enviaban a una computadora para su procesamiento. En cambio, un circuito integrado en la piel actúa como una sinapsis artificial, reduciendo la entrada a un simple pico de voltaje cuya frecuencia varía con la cantidad de presión aplicada a la piel, lo que acelera el proceso de respuesta.

El equipo usó la salida diferencial de este pico de voltaje para enseñarle a la piel las respuestas apropiadas al dolor simulado que incitaría a la mano robótica a responder. Al establecer un umbral de voltaje de entrada para desencadenar una respuesta, el equipo pudo hacer que la mano robótica retrocediera ante un golpe agudo en el centro de la palma.

En otras palabras, aprendió a alejarse de una fuente de dolencias simuladas a través de un proceso de procesamiento de información integrado que imita cómo funciona el sistema nervioso humano.

El desarrollo de la piel electrónica es el último avance en superficies impresas flexibles y estirables por parte del Grupo de Tecnologías de Detección y Electrónica Flexible (BEST) de la Universidad de Glasgow, dirigido por el profesor Ravinder Dahiya.

El profesor Dahiya, de la Escuela de Ingeniería James Watt de la universidad, dijo: "Todos aprendemos temprano en la vida a responder adecuadamente a estímulos inesperados, como el dolor, para evitar lesionarnos nuevamente. Por supuesto, el desarrollo de esta nueva forma de piel electrónica no se trataba realmente de infligir dolor tal como lo conocemos, es solo una forma abreviada de explicar el proceso de aprendizaje a partir de estímulos externos.

“A través de este proceso, pudimos crear una máscara electrónica que permite el aprendizaje distribuido a nivel de hardware y no necesita enviar mensajes de ida y vuelta a un procesador central antes de actuar. En cambio, el proceso de respuesta al tacto se acelera en gran medida al reducir la cantidad de cómputo requerida.

"Creemos que este es un verdadero avance en nuestro trabajo para crear pieles electrónicas impresas neuromórficas a gran escala capaces de responder adecuadamente a los estímulos".

Fengyuan Liu, miembro del grupo BEST y coautor del artículo, agregó: "En el futuro, esta investigación podría ser la base para una piel electrónica más avanzada que permitirá a los robots explorar e interactuar con el mundo de nuevas maneras o ." la construcción de prótesis que tienen una sensibilidad táctil casi humana.

El artículo del equipo titulado "Piel electrónica basada en transistores sinápticos impresos para que los robots sientan y aprendan" se publica en Robótica Científica. La investigación fue apoyada por fondos del Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas (EPSRC).